一种邵氏硬度计测量装置

范译

苏州莱测检测科技有限公司 江苏 苏州 215000

引言

随着计量检测机构的日渐增多，邵氏硬度计的测量、溯源越来越方便。目前，各计量检测机构在测量邵氏硬度计时，通常按照型号主要分为A型、D型、AO型邵氏硬度计，它们分别参照JJG304-2003《A型邵氏硬度计检定规程》[1]、JJG1039-2008《D型邵氏硬度计检定规程》[2]、JJF1312-2011《AO型邵氏硬度计校准规范》[3]，通过相应的检定规程、校准规范可知，邵氏硬度计主要由压针、压足、试验力施加机构、压针伸出长度测量装置和指示装置等部分组成，它们的测量原理相同，并且邵氏硬度值与试验力的大小成正相关。因此，在测量过程中，可以通过测量邵氏硬度计试验力的大小来判断邵氏硬度值的准确性。

如检定规程、校准规范中所表述的，在测量邵氏硬度计试验力时，邵氏硬度计压针应垂直向下，用邵氏硬度计试验支架或其他专用夹具固定邵氏硬度计，在压针垂直位置放置测力仪，压针置于测力仪加力轴线压垫上，压垫顶部稍成凹形，与压针顶端相适应。

于是，笔者翻阅资料，结合实际工作情况，参考高度规用的大理石固定支架，不断的实践和论证，设计并且制作了一种邵氏硬度计测量装置。

1 设计原理

1.1 设计原理图及实物图

其实仔细观察邵氏硬度计的外形，发现目前市场上的A型、D型、AO型等邵氏硬度计，大都形似百分表，其顶部或底部预留了圆柱状固定支架，为了能够满足各种样式的邵氏硬度计的测量，笔者预留了两种不同尺寸的夹持臂，用于固定被检邵氏硬度计。笔者设计的一种邵氏硬度计测量装置的原理图如图1，实物图如图2。

图1 设计原理图

图2 设计产品实物图

1.2 设计说明书

1.2.1 带支撑杆的大理石基座7采用的是市场上常见的高度规用的大理石固定支架。

1.2.2 可利用水平气泡将带支撑杆的大理石基座7放置水平状态。

1.2.3 第一夹持臂1、第二夹持臂2、第三夹持臂5的夹持孔提供径向施加力，起到固定作用。

1.2.4 测力传感器4、手动摇轮6固定在第三夹持臂5的外部夹持孔上，且第一夹持臂1、第二夹持臂2的预留夹持孔中心点与测力传感器4的加荷中心点位于同一轴线上。

1.2.5 将被检邵氏硬度计3装在第一夹持臂1或第二夹持臂2的预留夹持孔上，调整测力传感器4，使之与被检邵氏硬度计3处于同一加荷轴线上，且保持被检邵氏硬度计3的压针刚好与测力传感器4加荷中心点接触。

1.2.6 旋转手动摇轮6可以通过位移的变化升起或降下测力传感器4，测力传感器显示器8可以显示所施加的试验力的大小。

1.2.7 将测力传感器显示器8外接计算机或打印机，可以实现实时记录数据或打印数据的功能。

1.2.8 利用专用量块和带支撑杆的大理石基座7的大理石平面，可测量被检邵氏硬度计3的压针伸出长度。

1.3 测力传感器的选择

以A型邵氏硬度计为例，A型邵氏硬度计的邵氏硬度值通常为（0～100）HA，分辨力通常为0.1HA，依据JJG 304-2003《A型邵氏硬度计检定规程》中的相关表述，A型邵氏硬度计的试验力F（单位：mN）与邵氏硬度值满足此公式：F=550+75HA，那么理论上对应试验力F的取值区间为（550～8050）mN，为保护测力传感器不过载使用，宜选取量程范围（0～10000）mN、分辨力不大于0.1mN的测力传感器。另规程中对测力传感器的要求是：示值误差不超过±8mN，对于量程（0～10000）mN的测力传感器，其精度要求应优于±0.08%，参照JJG 144-2007《标准测力仪检定规程》[4]综合考虑，宜选取级别不高于0.05级的测力传感器。

综上所述，A型邵氏硬度计推荐选用量程范围（0～10000）mN、分辨力不大于0.1mN、级别不高于0.05级的测力传感器。

以此类推，D型邵氏硬度计推荐选用量程范围（0～50000）mN、分辨力不大于0.1mN、级别不高于0.1级的测力传感器。AO型邵氏硬度计推荐选用量程范围（0～10000）mN、分辨力不大于0.1mN、级别不高于0.1级的测力传感器。

2 测量不确定度的评定

以A型邵氏硬度计为例，不确定度的来源主要有以下3个方面：①测力传感器示值误差引入的标准不确定度；②测力传感器分辨力引入的标准不确定度；③测量重复性引入的标准不确定度。

2.1 测力传感器示值误差引入的标准不确定度

笔者选用的是量程范围（0～10000）mN、分辨力0.1mN、级别0.05级的测力传感器，该测力传感器示值误差最大为±5mN，则区间半宽度a=5mN，服从均匀分布，按B类不确定度评定，取包含因子故标准不确定度为：

2.2 测力传感器分辨力引入的标准不确定度

测力传感器分辨力为0.1mN，则区间半宽度a=0.05mN，服从均匀分布，按B类不确定度评定，取包含因子故标准不确定度：

2.3 测量重复性引入的标准不确定度

按照A类不确定度评定，以60HA（试验力F的标称值为5050mN）的邵氏硬度值为评定点，按规程连续测量10次，如下表：

表1 重复测量结果

其实验标准偏差s的计算方式：

2.4 合成标准不确定度

引入的不确定度分量的因素互不相关，则：

2.5 扩展不确定度U

取包含因子k=3，置信概率为99%以上，则在邵氏硬度值60HA（试验力F的标称值为5050mN）时，以此计算出各测量点的扩展不确定度如下表。

表2 各测量点的扩展不确定度

由此得出，A型邵氏硬度计的扩展不确定度U=10mN（k=3）。

2.6 符合性评定

按照JJF 1094-2002《测量仪器特性评定》[5]的规定，对测量仪器特性进行符合性评定时，若评定示值误差的测量不确定度满足下面要求：评定示值误差的测量不确定度（U95或k=2的U）与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值（MPEV）之比小于或等于1/3，即满足U95≤MPEV时，示值误差评定的测量不确定度对符合性评定的影响可忽略不计（也就是合格评定误判概率很小），此时被检计量器具示值误差的绝对值小于等于MPEV即判为合格。

那么规程上给出的A型邵氏硬度计的试验力F的允许误差为±80.5mN，我们评定的扩展不确定度U=10mN（k=3）远小于最大允许误差绝对值（MPEV）的1/3，所以该测量装置完全能够满足检定规程的要求。

3 结束语

当然，目前市面上除了上述三种类型的邵氏硬度计，还有C型、OO型等邵氏硬度计，该套测量装置只需更换合适的测力传感器，便能满足多种类型的邵氏硬度计的测量。

并且该测量装置简单易制作，零配件采购简单，非常锻炼动手能力，是各大计量检测机构必备的主要计量标准器之一，笔者将该套测量装置整理成文，希望能对邵氏硬度计的测量工作提供极大的帮助。